Blog Comité de Estudiantes de Ingeniería Mecánica - CEIM

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Autor: Alberto Lora Sierra

Un tratamiento térmico es cualquier proceso que involucre calentamiento o enfriamiento de piezas buscando alterar las propiedades físicas del elemento. Los tratamientos térmicos se pueden aplicar a materiales cerámicos o poliméricos, pero en el campo de la ingeniería mecánica el grueso de aplicaciones se refleja sobre materiales metálicos.

En orden de conseguir buenos resultados a la hora de realizar un tratamiento se debe tener primero que todo un conocimiento del material sobre el que se va a trabajar: su composición, sus propiedades mecánicas iniciales, y la manera en que fue fabricado. En segunda instancia un control apropiado sobre los dispositivos que harán el tratamiento dado que pequeñas alteraciones pueden evidenciar resultados muy diferentes a los esperados. Y finalmente, ejecutar el tratamiento térmico específico para lograr los propósitos de este, que pueden ser endurecer la superficie, aliviar tensiones internas, o cambiar la microestructura del material.

Existe una serie de factores que deben ser controlados en el procedimiento, como son:

Velocidad de calentamiento.
Velocidad de enfriamiento.
El tiempo que permanece la pieza a una temperatura dada.
La atmósfera de la pieza (si requiere cierta cantidad de un gas en la cámara de calentamiento).
La presión a la que está sometida la pieza.

Diferentes combinaciones de estos elementos generan distintos efectos en los metales, listamos algunos de los procesos más comunes.

Recocido: El recocido es un proceso en el que se calientan los materiales a una temperatura muy alta y se dejan enfriar lentamente. A menudo se realiza después de que las aleaciones metálicas hayan sido ablandadas y, por lo general, mejora su maquinabilidad. Se requiere recocido cuando los materiales buscas mejorar dureza y hacer algunos cambios químicos. Comúnmente, se procede con otros procesos como el mecanizado, el rectificado o el temple.

Alivio de esfuerzos: Tal como su nombre lo indica, esta técnica busca eliminar las tensiones internas que pudieron haber quedado en la pieza en un proceso anterior. Al calentar la pieza a una temperatura dada y mantener un tiempo, se eliminan las dislocaciones o defectos internos, dejando al metal más estable. El punto de este proceso es aliviar estos esfuerzos sin alterar la dureza o resistencia que la pieza haya conseguido hasta ese momento.

Templado: Probablemente uno de los tratamientos térmicos más conocidos. Con el templado lo que se busca es que las piezas consigan dureza. Normalmente realizado después del mecanizado CNC o un forjado, el metal se calienta a una temperatura alta y se enfría rápidamente sumergiendo el material en agua, aceite o una solución de polímero (la diferencia que tiene escoger un medio frente a otro es la velocidad de enfriamiento). El efecto es una "congelación" en la microestructura del material. El templado se realiza usualmente en los aceros para herramientas, ya que necesitan resistir los rigores de la realización de tareas.

Revenido: Un efecto secundario que tiene el templado es que al ganar una gran dureza la pieza, esta misma se vuelve frágil. Es ahí cuando el revenido entra en juego. Con el revenido la meta reducir un poco la dureza volviendo la pieza un poco más dúctil. El resultado es un material que puede resistir los rigores del mecanizado y crear piezas con menos probabilidades de fallar.

Endurecimiento por inducción: Este proceso podría entenderse como un templado selectivo: en lugar de templar toda la pieza sólo ocurre en unos sitios específicos usando bobinas magnéticas, el tratamiento térmico coincide con la geometría de la pieza y solo se ocupa de aquellas áreas que carecen de resistencia y ductilidad. Esto permite tener diferentes propiedades mecánicas en distintos aspectos de la pieza. Al igual que el temple tradicional, esto se realiza con agua, aceite o polímero, y la elección de la solución depende de la rapidez con que se enfríe el material. Este proceso por lo general se usa para endurecer los dientes de los engranajes.

Cementación: Estos tratamientos térmicos incluyen nitruración, nitrocarburación, carburación y carbonitruración y, a diferencia de los tratamientos enumerados anteriormente, la cementación es un tratamiento termoquímico que se aplica en piezas de acero. El proceso aporta átomos o moléculas a la superficie mediante difusión. Esto puede ser necesario si una pieza requiere una superficie extremadamente dura y un núcleo más blando para la absorción de impactos y resistencia. Este proceso es habitualmente aplicable a engranajes, cuchillas y herramientas de corte.

Los tratamientos térmicos nos han estado presentes en la humanidad desde los tiempos en que los maestros herreros hacían espadas y armaduras para las guerras hasta la actualidad. El estudio de estas técnicas por parte de ingenieros nos ha permitido poder tener materiales con unas propiedades tales que de otra manera obtener.